在過去兩個世紀，大規(guī)模利用化石資源給人類社會帶來了空前的繁榮，然而同時大量排放的二氧化碳溫室氣體不斷地威脅著我們的生存環(huán)境。另一方面，太陽能、風能、生物能、潮汐能等可再生能源因能量密度低、間歇性等特點限制了其廣泛應用。利用可再生能源產(chǎn)生的電能制取氫氣，并將二氧化碳轉(zhuǎn)化成高附加值的燃料和大宗化工品可以同時起到儲存、利用二氧化碳與可再生能源的作用，具有重要的戰(zhàn)略意義。

 

二氧化碳是一種化學惰性分子，加氫轉(zhuǎn)化一般都需要在高溫、高壓、高氫氣比例以及金屬催化劑上進行。此前，研究人員在此條件下已經(jīng)實現(xiàn)二氧化碳向多種C1化合物的轉(zhuǎn)化，如甲烷、甲醇、二甲醚、甲酸、一氧化碳等，然而合成C2+化合物比較困難。最近，研究人員利用金屬氧化物/分子篩雙功能催化體系，成功制取了低碳烯烴、汽油等高附加值產(chǎn)物。芳烴作為一類重要的大宗化工品，目前主要通過石腦油催化重整等石化路線制取，因此通過二氧化碳加氫制取芳烴具有同樣重要的價值。相對低碳烯烴，芳烴的不飽和度更高、結(jié)構(gòu)更復雜，然而金屬催化劑和分子篩的B-酸都具有加氫作用，故很難通過上述雙功能催化體系高選擇性獲取芳烴。

 

研究團隊設計了一種具有納米尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnAlOx氧化物，混配高硅鋁比的納米H-ZSM-5分子篩制成的ZnAlOx&H-ZSM-5催化劑，在二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化中，實現(xiàn)了73.9%的芳烴選擇性，甲烷選擇性低至0.4%。機理研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳能在ZnAlOx上加氫生成二甲醚和甲醇，它們擴散到分子篩孔道中形成烯烴，進而形成芳烴。通過DTBPy-FTIR（2,6-二叔丁基吡啶紅外）發(fā)現(xiàn)，ZnAlOx與H-ZSM-5混合后能大幅度覆蓋H-ZSM-5晶粒外表面酸量。通過與一氧化碳加氫Operando DRIFT對比發(fā)現(xiàn)，二氧化碳加氫能在ZnAlOx表面形成更多的甲酸鹽物種，從而留下更少的金屬活性位點。這些因素都有利于具有高不飽和度的芳烴生成。該工作還探討了抑制逆水煤氣變換反應以及優(yōu)化產(chǎn)物分布的策略。